“ขยะพลาสติก” ใช้เวลาหลายร้อยปีในการย่อยสลาย กลายเป็นหนึ่งในปัญหาสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงในยุคปัจจุบัน และนักวิทยาศาสตร์ต่างหาทางแก้ปัญหานี้อยู่เสมอ ล่าสุดนักวิจัยจากจีนพัฒนา “พลาสติกที่มีชีวิต” (Living Plastic) วัสดุรูปแบบใหม่ที่สามารถสั่งการให้ย่อยสลายตัวเองจนหมดสิ้นได้ภายในเวลาเพียง 6 วัน โดยไม่ทิ้งสารตกค้างที่เป็นอันตรายต่อระบบนิเวศ
นวัตกรรมใหม่นี้ เป็นผลงานจากทีมนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันชีววิทยาสังเคราะห์เซินเจิ้น โดยฝังแบคทีเรียในสภาวะพักตัวผสมลงไปในเนื้อพลาสติก ซึ่งจะทำให้วัสดุมีคุณสมบัติเหมือนพลาสติกปกติในยามใช้งาน แต่แบคทีเรียจะฟื้นขึ้นมาเพื่อทำหน้าที่ทำลายโครงสร้างของตัวเองได้เมื่อได้รับคำสั่งที่เหมาะสม
ไต๋ จัวจุน หนึ่งในคณะนักวิจัยกล่าวว่า พลาสติกที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันมีอายุการใช้งานสั้นมาก แต่กลับตกค้างในสิ่งแวดล้อมนานหลายร้อยปี ทีมงานจึงพยายามเพิ่มกระบวนการย่อยสลายเข้าไปในวงจรชีวิตของวัสดุโดยตรงให้ได้ ด้วยการฝังจุลินทรีย์ลงไปจะทำให้พลาสติกมีสภาพเสมือนมีชีวิต และสามารถทำลายตัวเองได้ตามคำสั่ง ซึ่งถือเป็นการเปลี่ยนมุมมองจากเดิมที่มองว่าความทนทานคือปัญหา ให้กลายมาเป็นคุณลักษณะที่สามารถโปรแกรมหรือกำหนดค่าได้ล่วงหน้า
สามารถย่อยสลายวัสดุอย่างสมบูรณ์ภายในหกวัน
เครดิต: ACS Applied Polymer Materials
นักวิจัยเลือกใช้แบคทีเรียสายพันธุ์ บาซิลลัส ซับทิลิส (Bacillus subtilis) ซึ่งเป็นจุลินทรีย์ที่พบได้ทั่วไปและมีความทนทานสูง โดยทีมวิจัยได้ทำการดัดแปลงทางพันธุกรรมให้แบคทีเรียเหล่านี้ทำงานร่วมกันเป็นคู่ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการย่อยสลายให้สูงกว่าการใช้เอนไซม์เพียงชนิดเดียวเหมือนในอดีต
กระบวนการย่อยสลายเกิดขึ้นผ่านการทำงานของเอนไซม์สองชนิด ได้แก่ Candida antarctica lipase ทำหน้าที่เป็นตัวตัดสายโซ่โพลิเมอร์แบบสุ่มให้กลายเป็นชิ้นเล็ก ๆ และ Burkholderia cepacia lipase ทำหน้าที่กัดกินส่วนปลายของสายโซ่เหล่านั้นจนกลายเป็นหน่วยย่อยที่เล็กที่สุด
สำหรับการเปิดใช้งานระบบทำลายตัวเอง นักวิจัยจะนำพลาสติกไปวางในสารละลายน้ำเลี้ยงเชื้อที่มีการควบคุมอุณหภูมิให้อยู่ที่ประมาณ 50 องศาเซลเซียส ซึ่งความร้อนและสารอาหารจะเป็นตัวกระตุ้นให้แบคทีเรียที่ฝังอยู่ฟื้นคืนชีพ มาผลิตเอนไซม์กัดกินพลาสติกจากภายในสู่ภายนอก
สามารถย่อยสลายวัสดุอย่างสมบูรณ์ภายในหกวัน
เครดิต: ACS Applied Polymer Materials
ภายในเวลาเพียง 6 วัน พลาสติกจะถูกย่อยสลายไปจนเกือบสมบูรณ์ จนเหลือเพียงหน่วยสร้างพื้นฐาน และไม่ทำให้เกิด “ไมโครพลาสติก” ซึ่งเป็นปัญหาใหญ่ที่มักพบในพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพประเภทอื่น ๆ ในปัจจุบัน
ทีมวิจัยยังได้สาธิตการใช้งานจริง โดยการสร้างอิเล็กโทรดแบบสวมใส่ได้ที่ทำจากพลาสติกมีชีวิตชนิดนี้ ซึ่งสามารถตรวจจับสัญญาณไฟฟ้าจากกล้ามเนื้อของมนุษย์ได้ตามปรกติ และเมื่อใช้งานเสร็จสิ้น อุปกรณ์ดังกล่าวก็สามารถย่อยสลายตัวเองจนหมดเกลี้ยงได้ภายในระยะเวลาเพียงสองสัปดาห์
อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันงานวิจัยนี้ยังจำกัดอยู่ในวงของพลาสติกประเภท “โพลีแคโปรแลคโตน” (Polycaprolactone) หรือ “พีซีแอล” (PCL) ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ที่ใช้บ่อยในงานพิมพ์สามมิติและวัสดุทางการแพทย์ และการกระตุ้นยังต้องทำในห้องปฏิบัติการที่มีสภาพแวดล้อมเฉพาะเจาะจงเท่านั้น
นักวิจัยตั้งเป้าหมายพัฒนาตัวกระตุ้นที่ทำงานได้จริงในน้ำ เนื่องจากขยะพลาสติกส่วนใหญ่มักไหลไปรวมกันในมหาสมุทร รวมถึงการขยายผลไปใช้กับพลาสติกประเภทอื่น ๆ ที่นิยมใช้ในบรรจุภัณฑ์แบบใช้ครั้งเดียวทิ้ง เพื่อเป็นทางออกที่ยั่งยืนในการจัดการวิกฤตขยะโลกต่อไป
ที่มา: Independent, Interesting Engineering, Plastic Today, ZME Science
